您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 行业资料 > 其它行业文档 > 第4章 典型传播条件下声传播2
深海声道(SOFAR)及其声传播本讲主要内容深海声道的概念、特点(重点)深海声道的声线(重点)典型声速分布声道信号及其基本特征声线和信号波形会聚区和声影区深海声道中的平均声场和传播损失平均声场传播损失(重点、难点)1、深海声道的概念、特点1、深海声道的概念、特点声源位于声道轴附近时,在一定角度范围内射出的声线被限制于声道内传播,这部分声线不经受海面散射和海底反射,声信号传播很远。受季节影响小,声道效应稳定。SOFAR:SoundFixingandRanging——声学定位和测距,利用深海声道效应可以有效地定位和测距。通常利用若干水声接收基阵来测量爆炸声信号的到达时间,来确定爆炸点的位置和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置。1、深海声道的概念、特点1、深海声道的概念、特点2、深海声道典型声速分布•Munk声速标准分布模型110eczcBzz02偏离极小值的量级声速极小值声速极小值位置声道有效宽度2、深海声道典型声速分布•Munk声速标准分布模型Munk典型数据(规范声道)01000Bzm01500/cms20.5710纬度越高,海面水温受热小,声道轴也越浅。例如,我国南海的声道轴接近1000米。2、深海声道典型声速分布•线性声速分布模型HzHzacHzHzacHzHczc102001101011020zzaczzaczc0HHH1a2a1a2a3、声道信号和基本特征•声线和信号波形声线①偏离声道轴较远的声线,路程最长,但最先到达;②沿声道轴传播的声线,路程最短,但最迟到达;③沿声道轴传播声线最密集,携带能量最大。信号波形多途径传播的爆炸信号,接收信号强度由小变大直至峰值,然后突然截止。与表面声道声传播具有类似规律。3、声道信号和基本特征•会聚区和声影区基本概念:声源位于海面或接近海底,可以形成声强很高的焦散线和会聚区。焦散线(面):邻近声线交聚点(线)所形成的包络线(面)。会聚区:在海面附近形成高声强焦散的区域。现代声纳,可利用水下声道的会聚区来实现远程探测。3、声道信号和基本特征•会聚区和声影区声影区:反转折射声线无法达到的区域,称为声影区。影区内,只存在海面和海底的反射声线,声强明显小于会聚区声强。会聚区宽度随序号增加而变宽,影区宽度随序号增加变窄。3、声道信号和基本特征3、声道信号和基本特征会聚区内平均声强(F.E.Hale,Longrangesoundpropagationindeepocean,JASA,33,456,1961):设无指向性声源的发射功率为W,形成会聚区的声源掠射角范围为,空间会聚区内的总声功率:mm,WWmm2243、声道信号和基本特征会聚区内平均声强:假设水平距离r处的声线平均掠射角,则垂直声线方向的环形截面积等于。声功率均匀分布在环面上,则会聚区的平均声强:2m2sin2mrrrrWrrWImm2sin2会聚区的宽度,与会聚区序号有关。3、声道信号和基本特征会聚增益:会聚区声强与球面扩展声强之比:rrrWIG442声强异常:会聚增益的分贝值:TLTLIIGA00lg10lg10球面波扩展损失会聚区传播损失声强异常为球面波损失高于会聚区损失的分贝数。3、声道信号和基本特征波动理论解释:♀会聚现象是焦散线上大量同相简正波的叠加结果;♀同相叠加的简正波数目越多,会聚增益越大;♀会聚增益也与简正波的深度分布函数有关,即与深度z有关。3、声道信号和基本特征•声道基本特征♀反转声线的包络线形成会聚区;♀反转声线不能到达的区域形成声影区;♀会聚区与声影区交替出现在深海声道中,随着传播距离增加上述现象变得不明显。射线声学平均声强平均声场焦散线声场近距离声场远距离声场4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场若忽略介质吸收和海面、海底的反射损失,则根据聚焦因子和声强:sincos,11rrzrF201rIsincos,11rrzrI4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场当水平距离r较大时,在一个跨度范围内,可认为有四个地方声强取同一个值,声线在每一处声线水平方向波束宽度等于1DzrI,11drdr4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场平均声强为:111,4,DdrzrIzrI声源处声线掠射角接收处声线掠射角sincos4,111DdrzrI4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场如果声源和接收点的声速接近相等,则声强近似等于:tgDdrzrI114,假设声速分布为线性模型,令声线为等声速层内声线掠射角。14、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场水平跨度为:gtgtgHD0014421212aaaag对于对称线性声速分布:aaa21ag声强:0210,tggHtgdtgrgzrI4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场若接收点也位于等声速层内,则:0021tggHdrgI根据折射定律,则可推得:12201112cos1cosgHccdrgI4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场若的积分上限取到最大值,则:12111220101gHccccgHrgI平均声强不仅是接收点(r,z)的函数,也是声源深度z1的函数。4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道平均声场假设声源也位于等声速层内,则:01cc1112gHgHrgI一般情况下,有:1gH推导过程对声源和接收点位置进行了限定。HgrI2gHr20HgrII20球面扩展向柱面扩展的距离4、深海声道中的平均声场和传播损失•声道传播损失若考虑海水介质声吸收引起的衰减,声道的传播损失为:3010lg10lg10rrrTLgHr20THEEND作业1.什么是会聚区和声影区?二者之间声强大小如何?会聚增益是如何定义的?若用波动理论应如何解释会聚现象?2.画出深海声道声速分布,应用射线理论说明声波在深海声道中远距离传播的原因。比较表面波道与深海声道声传播特性之异同。3.试推导出以角跨过声道轴线的声线的平均水平声速度的表达式。0
本文标题:第4章 典型传播条件下声传播2
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3174260 .html